6G网络发展和演进的背景
移动通信技术在持续满足人类不断发展的沟通需求，也在深刻地改变着人类生活和生产方式，同时，新需求也推动着移动通信系统十年一代的技术更替。我国移动通信产业的发展经历了“1G空白、2G跟随、3G突破、4G并跑和5G领先”的过程，自身实力不断增强，对全球产业发展的贡献也越来越大。
5G技术目前正处于全球部署的关键阶段，相比于4G，提供了更高的传输速率、更低的时延、更大的连接密度。然而，5G也面临若干挑战：基础设施建设的成本高，尤其是在城市密集区域和边远地区；频谱资源的管理和毫米波的传播问题限制了覆盖范围；网络的容量管理和优化仍是技术难题；安全及隐私，尤其是在物联网和边缘计算环境中，需要应对新的攻击威胁。
6G的研究还处于研发的初期，全球各国和地区已经开始积极布局，探索6G的核心技术和应用场景。尽管6G的愿景已初步确定，但仍面临诸多技术挑战，如频谱管理、网络架构、能效、隐私保护等问题。6G研究工作仍处于技术探索和需求定义阶段，涉及的技术和标准尚未成熟。预计在未来几年内，6G将进入更深入的实验和原型设计阶段，最终推动数字社会的全面发展。
如何定义6G
业界对6G的初步认识和定义有6G就是太赫兹、卫星通信、AI、语义通信等，但这些无法描绘出6G全貌。从6G需求上看，有全息交互、通感互联、数字孪生人、智能交互、沉浸式互联网等全新应用场景的新需求；在频率上看，6G需提供更加高质量覆盖、更高的安全性和可靠性，以及更高能效比和更低比特成本，因此6G网络需要优质频率的支持，包括新增频率的数量和质量；从架构上看，6G设计除了需要解决5G网络面临的高能耗、高成本、网络结构和设备形态单一和上线周期长等问题，还需要支持多样的能力维度以及进一步提升网络端到端的业务适应能力。
总体来看，6G是通信、计算、大数据、感知、A1、安全等一体融合的新一代移动信息网络，将具备按需服务、至简、柔性、智慧内生、安全内生和数字孪生等全新特征。
图1 6G 网络
6G代表性技术
分布式超大规模天线系统：
基于分布式超大规模天线的无蜂窝MIMO系统，凭借优异的宏分集增益和抗干扰能力，适用于体育场、机场、智能工厂等场景。分布式超大规模天线技术和无蜂窝网络架构是未来6G的潜力技术，但仍面临诸多挑战，如用户接入、信道估计、波束赋形、功率分配、同步等问题，需要进一步研究。
智能超表面：
作为5G-A和6G的关键技术之一，RIS近年来在学术研究中发展迅速。通过构建智能可控无线环境，RIS为6G通信带来了新范式，尤其可用于改善5G毫米波覆盖问题。简化版RIS将在5G/5G-A阶段初步部署，但仍面临技术、部署和标准化等挑战，需要深入研究。
AI使能空口:
近几年来AI使能空口技术的发展越来越被重视，但仍然存在着诸多挑战。例如，大数据的采集和获取、AI算法的泛化性能、AI使能空口的标准化等。在6G研究中，需要考虑引入现有的能够取得更好性能的AI使能空口技术，以及5G和B5G阶段的相关标准化经验，并在6G研究的初期加以考虑。现有三个重要的AI使能空口技术包括信道估计、信道状态信息反馈和亳米波波束管理。
新型双工技术：
新型双工技术从5G早期开始倡议研究，经过近10年来的技术探索和实践测试，具备了一定的技术成熟度，并进行了一些演变以提供组网规避干扰的灵活度。子带非重叠全双工已经率先进行了3GPP立项研究，全带全双工作为6G的候选使能技术之一，也需要加速实践探索，争取在6G舞台上发挥重要的作用。
正交时频空间调制：
OFDM调制已广泛应用于4G LTE和5G NR，具有抗多径衰落、信道估计简单、与MIMO紧耦合等优点。但其固有缺陷，如高相邻信道泄露、抗载波干扰弱、峰均功率比高等，可通过工程方法改善。然而，OFDM的低频谱利用率、同步要求高和反馈开销大等问题，在面对6G需求时已显得不足。因此，需要探索6G新波形，以满足未来超高速率、大规模连接和高速移动场景的需求。
通信感知一体化：
低空业务需网络提供强大的通信、感知等能力，对网络提出全新要求。有天气、车辆检测等感知对外服务，也有定位、信道估计等感知对内服务。关键技术包括波形与信号设计、感知信号检测理论、感知参数估计算法、MIMO通感一体化技术、通感一体化架构技术等。
反向散射通信：
反向散射通信主要包括无线能量采集、硬件架构、物理层空口技术、至简协议栈和安全机制等技术，在保证低成本、低功耗甚至零功耗的同时，反向散射通信有望实现百米传输百kbps速率的能力，真正使能6G广域万物互联与更多比特更少瓦特的愿景。
6G星地融合网络技术：
面向2030年以后的社会发展需求，移动通信网络需要提供更加全面的立体多维覆盖，卫星网络将发挥更重要的作用，所以6G将是卫星网络与地面网络深度融合的一体化网络，提供更加泛在、智能、安全、可信的公共移动信息基础服务能力。相比地面移动通信系统，卫星通信系统具有覆盖范围广、通信容量大、地形影响小、灵活性高和能适应多种业务等的优点。
6G网络架构
架构是系统的根基，对系统功能属性和质量属性都有重大的影响。移动网络架构历经从2G到5G的逐步演进，从语音服务到数据驱动的移动宽带，再到面向行业的5G切片技术与服务化架构。5G实现了用户面与控制面的分离，带来了低延迟和高可靠性。6G在此基础上，需解决新商业模式下的需求，如网络灵活性、用户可控的专属网络空间及其可操作性，促进产业协作和生态扩展。6G还需要解决技术上的需求，如内生AI、灵活友好、安全可信、数据协同、扩大生态等。此外，６G功能架构要实现连接、数据、计算、可信，并将引入以任务为中心、新协议、新承载、区块链等新技术。
AI和6G通信技术以及全新的应用场景将推动移动网络架构的全面革新，基于原生架构设计以实现“智能普惠”的核心愿景。6G网络不仅是高速连接的延续，更是计算、数据和网络深度融合的平台，以支持未来广泛应用，如XR、全息通信和AI驱动的创新服务。总之，6G将从根本上改变网络架构设计，为广泛应用和商业场景提供更高效、灵活的支持。
审稿：王启星 | 未来研究院
《6G：从通信到多能力融合的变革》一书，首先回顾移动通信技术的发展历史，概述6G发展和演进的背景，并且从需求、频率、网络架构等角度展望了如何定义6G；然后围绕传统通信网络容量、效率、覆盖等方面的优化，介绍了6G无线领域最有代表性的几个技术方向，包括分布式多输入多输出（MIMO）、智能超表面（RIS）、AI 使能的空口、先进的全双工、正交时频空间调制（OTFS），以及通信和感知的融合、零功耗通信等；最后介绍了6G多能力融合移动网络架构的设计。
